公路綠化帶滯塵效應(yīng)研究

王慧，郭晉平，張蕓香

1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 太谷 030801；2. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西 太谷 030801

公路綠化帶滯塵效應(yīng)研究

王慧1，郭晉平2*，張蕓香1

1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 太谷 030801；2. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西 太谷 030801

道路交通揚(yáng)塵不僅危害人體健康，而且會(huì)造成環(huán)境污染。以山西省典型公路綠化帶為研究對(duì)象，對(duì)不同公路綠化帶進(jìn)行分類(lèi)，并選擇粒徑分別為150、106、75、53 μm的黃土粉，模擬道路交通TSP，采用噴粉機(jī)設(shè)置1、2、3、4 m·s-1的噴粉速度在路沿處設(shè)置人工噴粉，在路側(cè)設(shè)置樣帶分0、2、5、10、15、20 m距離梯度布設(shè)采樣點(diǎn)進(jìn)行塵源樣品的采集，進(jìn)行稱(chēng)重。本文提出綠化帶凈滯塵率和梯度凈化率的概念，研究不同粒徑水平、不同瞬時(shí)風(fēng)力條件以及不同類(lèi)型綠化帶對(duì)交通揚(yáng)塵的阻滯吸收效應(yīng)，最后基于顯著影響因子和因子的互作采用逐步回歸法擬合綠化帶滯塵效應(yīng)多元回歸模型，分析綠化帶滯塵效應(yīng)與多種林帶特征因子的關(guān)系。結(jié)果表明，公路綠化帶明顯改變了道路 TSP擴(kuò)散格局，對(duì)空氣中的粉塵有顯著的凈化效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)條件下，在距道路5 m范圍內(nèi)綠化帶開(kāi)始發(fā)揮效應(yīng)，凈滯塵效應(yīng)均值達(dá)22.95%，隨后TSP凈滯塵率降低，在20 m凈滯塵率均值為9.83%，但凈化率均值達(dá)96.56%；不同粒徑水平和瞬時(shí)風(fēng)力條件下，綠化帶的滯塵效應(yīng)不同，TSP粒徑為53、75 μm時(shí)，綠化帶在5 m的凈滯塵率最高，分別為18.81%和38.09%，而粒徑為106、150 μm時(shí)，綠化帶在15 m的凈滯塵率最高，分別為15.40%和24.94%，當(dāng)瞬時(shí)風(fēng)力為1 m·s-1時(shí)，凈滯塵率在15 m處最高，為16.50%，當(dāng)瞬時(shí)風(fēng)力分別為2、3、4 m·s-1時(shí)，凈滯塵率均在5 m處最高，分別為22.03%、28.69%、25.09%，均以高密度型綠化帶（郁閉度≥0.55）效果較好；在近路基處栽植楊樹(shù)（Populus L.）或槐樹(shù)（Sophora japonica Linn.），且喬木種長(zhǎng)勢(shì)高大并伴有較密的灌草結(jié)構(gòu)，能增強(qiáng)綠化帶的滯塵效應(yīng)。

公路綠化帶；滯塵效應(yīng)；林帶特征因子

道路上交通行駛中的車(chē)輛排放大量有害氣體的同時(shí)，還會(huì)因機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)輛遺撒、車(chē)輪車(chē)身攜帶泥塊、沙塵；路面老化破損；機(jī)動(dòng)車(chē)輪胎或其他零部件的老化和磨損；生物碎屑及殘骸；道路施工和建筑施工揚(yáng)塵等引起交通揚(yáng)塵。這些粉塵不僅會(huì)沉積在人的呼吸系統(tǒng)，危害人體健康，直接影響人們的生活質(zhì)量，而且是光化學(xué)反應(yīng)的催化劑，還會(huì)對(duì)云核的形成、太陽(yáng)光及紅外線的吸收、散射及氣候變化等產(chǎn)生影響，引起地球氣候變暖、酸雨形成等，此外交通營(yíng)運(yùn)揚(yáng)塵中富含 Fe、Cr、Cd、Zn、Cu、Pb等重金屬顆粒（Ogunsola et al.，1994；Whiteley et al.，2003；Lu et al.，2008a；Shi et al.，2008；王丹丹等，2012）是路域環(huán)境重金屬污染等重大環(huán)境問(wèn)題產(chǎn)生的根源。

公路綠化帶可相對(duì)減少空氣中的含塵量起到凈化空氣的目的，其滯塵功能是公路綠化帶的主要生態(tài)環(huán)境效應(yīng)之一。眾多學(xué)者常通過(guò)磁效應(yīng)對(duì)交通揚(yáng)塵中磁性顆粒物的研究分析粉塵的空間分布和植物的滯塵效應(yīng)（Matzka et al.，1999；Moreno et al.，2003；Mahera et al.，2008；Lu et al.，2008b；Wonnyon et al.，2009；Mitchell et al.，2009），也有通過(guò)比較不同樹(shù)種的單葉表面形態(tài)測(cè)定其滯塵量的大?。ú褚恍碌?，2002；陳瑋等，2003；馮朝陽(yáng)等，2007；王會(huì)霞等，2010；李生宇等，2012；劉璐等，2013；王會(huì)霞等，2015），從而評(píng)價(jià)樹(shù)木滯塵能力。綠化帶不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型決定了其不同的滯塵效應(yīng)，據(jù)測(cè)定，由機(jī)動(dòng)車(chē)產(chǎn)生的大氣揚(yáng)塵在經(jīng)過(guò)路邊綠化帶的阻擋吸附后，濃度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，其中靠近路邊的 10 m內(nèi)去除效果尤為顯著（殷杉等，2007），以喬木為主的復(fù)層結(jié)構(gòu)綠地能夠最有效地增加單位綠地面積上的綠量，從而提高綠地的滯塵效益（張新獻(xiàn)等，1997）。

本研究采用便攜式噴粉機(jī)，選擇不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型公路綠化帶為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)定不同的噴粉粒徑及噴粉速度對(duì)典型路段綠化帶進(jìn)行噴粉作業(yè)，通過(guò)測(cè)定道路旁側(cè)及不同距離梯度綠化帶降塵量，研究公路綠化帶對(duì)粉塵的凈化效應(yīng)。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象概況

通過(guò)多年的綠化實(shí)踐，加上以往公路綠化的成果，山西省主要公路綠化帶形成了多種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，由于道路飄塵的特點(diǎn)，在距離道路20 m處降塵量已經(jīng)很少，故針對(duì)公路綠化林的滯塵效應(yīng)研究中，綠化帶結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分未考慮林帶寬度的因素，可分為4種類(lèi)型，見(jiàn)表1。

表1 公路綠化帶結(jié)構(gòu)類(lèi)型及劃分依據(jù)Table 1 Roadside forest-belt structure types and the classification

1.2 公路綠化帶的典型路段選定及樣帶布設(shè)

根據(jù)現(xiàn)有公路綠化帶結(jié)構(gòu)特征類(lèi)型，選定 16條典型路段，在每個(gè)典型路段路側(cè)的綠化帶橫向布設(shè)樣帶。為保證代表性，要求典型路段遠(yuǎn)離居民區(qū)和工業(yè)污染源，路段長(zhǎng)度大于200 m。此外，選擇一段無(wú)綠化帶或兩年內(nèi)新建幼林綠化帶，長(zhǎng)度大于50 m的路段作為無(wú)綠化帶對(duì)照路段。

垂直于道路分別設(shè)置3條樣帶設(shè)為重復(fù)，根據(jù)綠化帶寬度確定樣帶寬度，使樣帶面積不少于 400 m2，同時(shí)保證樣帶內(nèi)所包含的主要樹(shù)種的株數(shù)不少于30株，各典型路段概況見(jiàn)表2。對(duì)樣帶內(nèi)樹(shù)木進(jìn)行每木檢尺，測(cè)定主要樹(shù)種高度，按株數(shù)比例計(jì)算樹(shù)種組成，采用標(biāo)準(zhǔn)地對(duì)角線上樣點(diǎn)法測(cè)定郁閉度。

表2 公路綠化帶滯塵試驗(yàn)典型路段概況表Table 2 Stand status of typical roadside tree-belt in Shanxi of dust-retaining

1.3 量化因子設(shè)定

本研究采用模擬試驗(yàn)的方法，在識(shí)別量化因子基礎(chǔ)上，定量分析公路綠化帶對(duì)灰塵自然飄散的格局影響。道路灰塵的飄散不僅與機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)型、車(chē)流量、車(chē)速等有關(guān)，而且與路面粉塵負(fù)荷、氣候條件等有關(guān)。本研究主要以噴粉粒徑及噴粉速度兩個(gè)因素作為量化因子，以不同的水平值進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。

不同粒徑的粉塵飄散規(guī)律不同，有研究表明，葉面塵與地表粉塵的粒徑主要集中于[10～50] μm區(qū)間，[2.5～10]和[50～100] μm區(qū)間的百分比次之，單從粒徑角度來(lái)看，葉面塵與地表灰塵主要成分為T(mén)SP（龐博等，2009）。因此本試驗(yàn)分別選擇過(guò)100目、150目、200目及270目篩的黃土粉（粒徑分別為150、106、75、53 μm），模擬道路交通TSP。

風(fēng)速、風(fēng)向也是影響植株滯塵的重要因素。通過(guò)山西高等級(jí)公路實(shí)地測(cè)定已知在高速、國(guó)道及省道上車(chē)輛行駛過(guò)程中可致?lián)P塵時(shí)的風(fēng)速約為1.2～2.7 m·s-1，最大時(shí)瞬時(shí)風(fēng)速可達(dá)3.1 m·s-1，考慮到本研究中試驗(yàn)路段走向不一致性，因此試驗(yàn)選擇在晴朗無(wú)風(fēng)或風(fēng)速小于1 m·s-1的天氣，采用華盛泰山-18AC型背負(fù)式噴霧噴粉機(jī)（山東華盛農(nóng)業(yè)藥械股份有限公司）調(diào)節(jié)噴粉力度以及噴粉距離，使噴粉機(jī)噴粉速度在路沿處分別為 1、2、3、4 m·s-1，用稱(chēng)重并編號(hào)的干凈塑料袋套在口徑一致、直徑為20 cm的塑料桶上作為“塵源收集裝置”，采用噴粉機(jī)進(jìn)行噴粉作業(yè)，設(shè)置噴粉時(shí)間為20 min。本試驗(yàn)共計(jì)16組處理，重復(fù)3次，見(jiàn)表3。

表3 道路灰塵飄散試驗(yàn)方案Table 3 Testing program of TSP spraying

1.4 塵源樣品的采集與處理

試驗(yàn)于植物生長(zhǎng)茂盛季的 6─8月進(jìn)行，大雨過(guò)后的當(dāng)日或第二日分別在無(wú)綠化路段及綠化帶路段的樣帶內(nèi)，按離開(kāi)路沿的距離設(shè)置距離梯度調(diào)查樣點(diǎn)，距離梯度為0、2、5、10、15、20 m，將塵源收集裝置編號(hào)后放置在各調(diào)查樣點(diǎn)收集大氣降塵。在實(shí)地測(cè)試的地點(diǎn)，在道路邊緣架設(shè)2m高的落灰架，采用噴粉機(jī)對(duì)林冠位置進(jìn)行人工揚(yáng)塵，在塵源降落后2 h將收集塵源的塑料袋迅速密封編號(hào)于自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室稱(chēng)重。

1.5 公路綠化帶滯塵效應(yīng)指標(biāo)

以TSP的凈化率（Dust Purifying Rate）表征綠化帶的滯塵作用，凈化率越大，表示該點(diǎn)對(duì)TSP的凈化效應(yīng)越大，計(jì)算公式為：

式中，PD是凈化率，Ms是路基處單位面積降塵質(zhì)量（g·m-2），Mm是綠化帶不同距離梯度上單位面積的降塵質(zhì)量（g·m-2）。

為客觀地反映綠化帶對(duì)TSP的凈化效應(yīng)，本文進(jìn)而提出“綠化帶凈滯塵率（Net Purifying Rate of Tree-belt）”和“梯度凈化率（Gradient Purifying Rate）”的概念。

綠化帶的滯塵總量為無(wú)綠化帶時(shí)隨距離增加而自然降塵減少的TSP質(zhì)量與綠化帶阻擋、吸收的TSP質(zhì)量之和。因此，綠化帶凈滯塵率表示為綠化帶不同距離梯度上單位面積的凈降塵質(zhì)量（g·m-2），公式如下：

式中：PN是綠化帶凈滯塵率，Ms0是無(wú)綠化路段路基處單位面積降塵質(zhì)量（g·m-2），Mm0是無(wú)綠化路段不同距離梯度上單位面積的降塵質(zhì)量（g·m-2）。

梯度凈化率以單位距離上的 TSP減少量來(lái)表示，公式如下：

式中：Ra為梯度凈化率，r為距離點(diǎn)（m），Mr為距公路距離為 r點(diǎn)梯度上的降塵質(zhì)量（g·m-2），Mr-1為Mr前一距離梯度的降塵質(zhì)量（g·m-2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 有無(wú)綠化帶路段路旁TSP飄散格局

便于比較分析，對(duì)所有綠化帶和無(wú)綠化路段的典型路段樣帶內(nèi)各距離梯度降塵量實(shí)測(cè)值，分別計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差置于圖中，制成路旁TSP擴(kuò)散格局分析圖，見(jiàn)圖1。

圖1 有綠化帶與無(wú)綠化帶路段路旁TSP飄散格局對(duì)比圖Fig. 1 Dispersion patterns of TSP with and without roadside tree-belt

由圖1可知，自路基處綠化帶即開(kāi)始發(fā)揮顯著的滯塵效應(yīng)，與無(wú)綠化帶路段相比，降塵在距道路5 m范圍內(nèi)呈較快的遞減趨勢(shì)，從距道路 0 m處234.51 g·m-2降至 5 m 處 91.11 g·m-2，平均降低143.39 g·m-2，對(duì)TSP的凈化率均值達(dá)61.10%，凈滯塵率在 2 m處平均達(dá)到 19.10%，在 5 m達(dá)到22.95%；在路旁5～15 m范圍內(nèi)TSP降低趨勢(shì)減緩，平均降低 69.44 g·m-2，對(duì) TSP的凈化率均值達(dá)90.67%，凈滯塵率在10 m處為19.93%，在15 m為18.53%；在15～20 m范圍內(nèi)，TSP降低趨勢(shì)更緩，平均降低13.31 g·m-2，凈化率均值達(dá)96.56%，最高值可達(dá)100%，20 m處凈滯塵率為9.83%。進(jìn)一步對(duì)無(wú)綠化帶路段和有綠化帶路段各梯度上 TSP質(zhì)量進(jìn)行差異顯著性t檢驗(yàn)，結(jié)果表明，兩者之間在P<0.001水平上差異極顯著。綠化帶對(duì)路旁TSP污染有明顯的防護(hù)效應(yīng)。

2.2 不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型綠化帶的滯塵效應(yīng)

對(duì)4種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的綠化帶典型路段樣帶各距離梯度降塵量以及凈滯塵率，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差一并置于圖中，制成不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型綠化帶路旁 TSP擴(kuò)散格局分析圖，見(jiàn)圖2。進(jìn)一步采用LSD法分析比較各結(jié)構(gòu)類(lèi)型綠化帶梯度凈化率差異性，結(jié)果見(jiàn)表4。

由圖2和表4可知，在路旁2 m處，高密度林帶表現(xiàn)出較高的滯塵效應(yīng)，其中高密度型純林在 2 m處的凈化率均值為42.79%，TSP從235.68 g·m-2降為135.78 g·m-2，凈滯塵率為12.98%，高密度混交林的TSP從240.68 g·m-2降為140.02 g·m-2，TSP凈化率為41.73%，凈滯塵率為23.96%；4種類(lèi)型綠化帶凈滯塵率在5～10 m處為最高，在路旁5 m處，4種類(lèi)型綠化帶對(duì)TSP的凈化率均達(dá)到50%以上，純林高密度綠化帶與混交林高密度綠化帶相比差異不顯著（P=0.447），TSP凈化率均達(dá)到67%，TSP分別降至 77.20和 77.10 g·m-2，凈滯塵率分別為29.22%和29.72%，與其余兩種類(lèi)型綠化帶差異顯著（P<0.001），而低密度的混交林綠化帶凈化率為54.56%，從220.93 g·m-2降至5 m處100.33 g·m-2，凈滯塵率為 16.40%，滯塵效果略高于凈化率為51.52%、凈滯塵率為 13.37%的純林綠化帶（從238.30 g·m-2降至 115.58 g·m-2），差異顯著（P<0.001）；路旁10和15 m處，4種類(lèi)型的綠化帶表現(xiàn)差異顯著（P<0.001），凈化率、凈滯塵率均表現(xiàn)為混交林高密度>純林高密度型>混交林低密度型>純林低密度；到20 m處，不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的綠化帶對(duì)TSP的凈化率均達(dá)到了90%以上，其中純林高密度綠化帶與混交林高密度綠化帶相比差異不顯著（P=0.491），凈化率分別為98.76%和98.56%，凈滯塵率為11.16%和11.30%，TSP分別為5.33和4.74 g·m-2，與其余兩種類(lèi)型綠化帶差異顯著（P<0.001），純林低密度型、混交林低密度型綠化帶20 m處TSP分別為14.04和10.48 g·m-2，凈滯塵率為7.62%和8.64%。

圖2 不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型綠化帶路旁TSP飄散格局對(duì)比圖Fig. 2 Dispersion patterns of TSP with different structures of roadside tree-belts

表4 不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型綠化帶滯塵梯度凈化率多重比較Table 4 TSP Gradient purifying rate with different structures of roadside tree-belts %

2.3 不同粒徑水平下綠化帶的滯塵效應(yīng)

對(duì)4種粒徑水平下的綠化帶典型路段樣帶內(nèi)各距離梯度降塵量和凈滯塵率，分別計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差置于圖中，制成不同粒徑水平下綠化帶路旁TSP擴(kuò)散格局分析圖，見(jiàn)圖3。進(jìn)一步采用LSD法分析比較各結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同粒徑水平的綠化帶距離梯度凈化率差異性，結(jié)果見(jiàn)表5。

由圖3可以看出，粒徑不同，TSP飄散格局明顯不同，在路肩處即表現(xiàn)出P<0.001水平的顯著性差異。綜合所有綠化帶凈滯塵率，除粒徑為53 μm與粒徑為106 μm時(shí)差異不顯著（P=0.307），其余各粒徑水平兩兩之間綠化帶凈滯塵率在P<0.001水平差異顯著。在4種粒徑水平下，公路綠化帶均在2 m至15 m即表現(xiàn)出較高的滯塵效應(yīng)，其中粒徑為53 μm時(shí)，綠化帶凈滯塵率在 5 m 處最高，為18.84%；粒徑為75 μm時(shí)，綠化帶在5 m處的凈滯塵率最高，為38.09%；粒徑為106 μm時(shí)，綠化帶凈滯塵率在15m處最高，為15.40%；粒徑為150 μm時(shí)，綠化帶凈滯塵率在15 m處最高，為24.94%。因此，TSP粒徑較小時(shí)（53、75 μm），綠化帶在2～5m的滯塵效應(yīng)較高，可能是由于TSP粒徑較小時(shí)較易附著于近路邊植物的枝葉表面或是懸浮于空氣之中，而粒徑較大時(shí)（106、150 μm），綠化帶在5～15 m的滯塵效應(yīng)較高。

圖3 不同粒徑水平綠化帶路旁TSP擴(kuò)散格局分析圖Fig. 3 Dispersion patterns of TSP with different partical size

表5 4種結(jié)構(gòu)類(lèi)型綠化帶不同粒徑TSP梯度凈化率LSD多重比較Table 5 TSP Gradient purifying rate with different partical size %

由表5可以看出，在不同粒徑水平下4種綠化帶表現(xiàn)出明顯不同的梯度凈化率。其中，粒徑為53、75、106 μm時(shí)，純林高密度綠化帶和混交林高密度綠化帶差異不顯著（P=0.753，0.081，0.246），此兩種類(lèi)型綠化帶和其余兩種皆在P<0.001水平差異顯著；粒徑為150 μm時(shí)，4種類(lèi)型綠化帶在P<0.001水平差異顯著。

2.4 不同噴粉力度水平綠化帶的滯塵效應(yīng)

對(duì)4種噴粉力度下的綠化帶典型路段樣帶內(nèi)各距離梯度降塵量和凈滯塵率，分別計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差置于圖中，制成不同噴粉力度水平下綠化帶路旁TSP擴(kuò)散格局分析圖，見(jiàn)圖4。進(jìn)一步采用LSD法分析比較各結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同噴粉力度水平的綠化帶梯度凈化率差異性，結(jié)果見(jiàn)表6。

對(duì)不同噴粉力度水平下綠化帶的凈滯塵率作差異顯著性t檢驗(yàn)，結(jié)合圖3可以看出，當(dāng)噴粉力度分別為1、2、3及4 m·s-1時(shí)，公路綠化帶對(duì)不同的噴粉力度的TSP凈滯塵率在P<0.001水平差異顯著。當(dāng)噴粉力度為1 m·s-1時(shí)，凈滯塵率在15 m處最高，為16.50%；當(dāng)噴粉力度為2、3、4 m·s-1時(shí)，凈滯塵率均在5 m處最高，分別為22.03%、28.69%、25.09%；因此，不同的瞬時(shí)風(fēng)力條件，滯塵效應(yīng)不同。

由表6可知，而在不同的噴粉力度水平下，不同類(lèi)型綠化帶對(duì)TSP的梯度凈化率均表現(xiàn)為：低密度型綠化帶分別與高密度型綠化帶類(lèi)型相比，差異顯著（P<0.001），純林低密度型綠化帶、混交林低密度型綠化帶均與其他 3種綠化帶差異顯著（P<0.001），高密度型綠化帶之間差異不顯著（P=0.450）。

圖4 不同噴粉力度綠化帶路旁TSP擴(kuò)散格局分析圖Fig. 4 Dispersion patterns of TSP with different dusting dynamics

表6 4種結(jié)構(gòu)類(lèi)型綠化帶不同噴粉力度顆粒梯度凈化率LSD多重比較Tabe 6 TSP Gradient purifying rate with different dusting dynamics %

2.5 公路綠化帶特征因子對(duì)綠化帶滯塵效應(yīng)的影響

由研究可知，在綠化帶10 m處的TSP凈化率即可達(dá)到75%以上，已可基本滿足綠化帶對(duì)TSP的凈化效應(yīng)要求。因此，為進(jìn)一步分析公路綠化帶的滯塵效應(yīng)機(jī)理，以10 m處綠化帶對(duì)TSP的凈化率為因變量，根據(jù)公路綠化帶滯塵效應(yīng)與綠化帶特征因子的相關(guān)關(guān)系，選出滯塵效應(yīng)影響顯著的因子作為自變量，考慮到因子間可能存在的互作關(guān)系，并加入主要影響因子的乘積作自變量，建立多元回歸模型，通過(guò)逐步回歸法（Stepwise）進(jìn)行多元回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表7。

模型中涉及因子較多，采用逐步回歸的方法減少因子量，便于實(shí)際應(yīng)用。表7所示，所有模型方程的決定系數(shù)R2均高于0.78，達(dá)極顯著水平，表示模型的擬合優(yōu)度較高。模型1為基于顯著影響因子的綠化帶對(duì) TSP凈化效應(yīng)的線性方程模擬，R2>0.78，表示綠化帶的郁閉度和灌草結(jié)構(gòu)對(duì)于TSP凈化效應(yīng)最為重要；模型2～3表明主要特征因子以及因子之間的互作對(duì)綠化帶的滯塵有較大的貢獻(xiàn)作用，擬合模型R2>0.89。

3 結(jié)論

（1）公路綠化帶對(duì)空氣中的TSP有顯著的凈化效應(yīng)，明顯改變了道路TSP的擴(kuò)散格局。自路基處在距道路5 m范圍內(nèi)綠化帶即開(kāi)始發(fā)揮顯著的滯塵效應(yīng)，對(duì)TSP的凈化率均值達(dá)61.10%，凈滯塵率為最高，達(dá)22.95%；在路旁5～15 m范圍內(nèi)TSP質(zhì)量降低趨勢(shì)減緩；在15～20 m范圍內(nèi)，TSP降低趨勢(shì)更緩，凈滯塵率在5～15 m逐漸減弱，在20 m凈滯塵率均值為9.83%，TSP凈化率均值達(dá)96.56%，最高可達(dá)100%。

表7 綠化帶滯塵效應(yīng)多元回歸模型Table 7 Simulation equations of TSP -retaining with tree-belt

（2）公路綠化帶的結(jié)構(gòu)不同，滯塵效果也不同。綠化帶寬度15 m對(duì)TSP的凈化率即可達(dá)到85%以上，即可滿足除塵的要求。高密度型綠化帶（郁閉度≥0.55）對(duì)TSP表現(xiàn)出非常顯著的凈化效應(yīng)，在5 m處凈滯塵率可達(dá)29%以上。TSP粒徑大小不同，綠化帶的滯塵效應(yīng)也不同，TSP粒徑為53、75 μm時(shí)，綠化帶在5 m的凈滯塵率最高，分別為18.81%和38.09%，而粒徑為106、150 μm時(shí)，綠化帶在15 m的凈滯塵率最高，分別為15.40%和24.94%，尤以高密度型綠化帶較好。不同的瞬時(shí)風(fēng)力條件對(duì)綠化帶的滯塵效應(yīng)也有影響，當(dāng)瞬時(shí)風(fēng)力為小風(fēng)（1 m·s-1）時(shí)，凈滯塵率在15 m處最高，為16.50%；當(dāng)瞬時(shí)風(fēng)力為微風(fēng)（2、3、4 m·s-1）時(shí)，凈滯塵率均在5 m處最高，分別為22.03%、28.69%、25.09%，以高密度型綠化帶效果較好。

（3）綠化帶的滯塵效應(yīng)受林帶的多種特征因子綜合影響，以綠化地郁閉度、密度、平均枝下高、冠幅、灌草結(jié)構(gòu)、首行樹(shù)種類(lèi)型影響最為顯著，而因子之間互作作用對(duì)綠化帶的滯塵有較大的貢獻(xiàn)作用。樹(shù)種不同，綠化帶的滯塵效應(yīng)不同，因此在近路基處栽植楊樹(shù)或槐樹(shù)，且喬木種長(zhǎng)勢(shì)高大并伴有較密的灌草，能增強(qiáng)綠化帶的滯塵效應(yīng)。

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Dust-retaining Effects of Roadside Tree-belt on TSP Pollution of Roadside

WANG Hui1, GUO Jinping2*, ZHANG Yunxiang1
1. College of Forestry, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 2. College of Urban and Rural Construction, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China

Road traffic TSP not only threatens human health, but causes environmental pollution. Some typical roadside tree-belts were selected and classified for this study in Shanxi province, TSP pollution of roadside simulated by loess powder with particle size were 150, 106, 75 and 53 μm respectively, powder spraying by manual operations via gallus power sprayer with powder spraying speed were 1, 2, 3 and 4 m·s-1respectively at subgrade, dust sampling points was set in roadside tree-belts distance away from the roads by 0, 2, 5, 10, 15, 20 m on the ground, the dispersion patterns of TSP with or without tree-belts were studied, and dust-retaining effect of tree-belts on TSP pollution with different particle size, different instantaneous wind condition and different stand types were analyzed. Based on significant impact factors and interactions, multiple regression models on dust-retaining effects of roadside tree-belt and stand characteristic factors were set up using stepwise. The results showed: Roadside tree-belts have obvious dust-retaining effects that changed the dispersion patterns of road traffic TSP, in this study, away from the roads of 5 m the net purifying rate of tree-belt was 22.95% on average, and dust-retaining rate of 61.10%, then declined with net purifying rate of tree-belt of 9.83% at 20 m, with dust-retaining rate of 96.56%; dust-retaining effects varies from particle size and instantaneous wind condition, net purifying rate of tree-belt was highest at 5 m with particle size were 53 and 75 μm or with instantaneous wind condition were 2, 3, 4 m·s-1, the value were 18.81%, 38.09%, 22.03%, 28.69% and 25.09% respectively; net purifying rate of tree-belt was highest at 15 m with particle size were 106 and 150 μm or with instantaneous wind condition was 1 m·s-1, the value were 15.40%, 24.94% and 16.50% respectively; high density tree-belt with a canopy density≥0.55 have better effect on dust-retaining, the dust-retaining effects of roadside tree-belt could be improved by complex structure with taller trees plus shrubs and grass, Populus L. and Sophora japonica Linn. planted at subgrade would be better.

roadside tree-belt; dust-retaining effect; characteristic factor

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.09.009

X173；X51

A

1674-5906（2015）09-1478-08

王慧，郭晉平，張蕓香. 公路綠化帶滯塵效應(yīng)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(9): 1478-1485.

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山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20100311015）；山西省林業(yè)廳科技支撐項(xiàng)目（G09-47）；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（201303）；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)

王慧（1985年生），女，講師，博士，研究方向?yàn)樯峙嘤?。E-mail: birdpink@163.com *通信作者：郭晉平，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail: jinpguo@126.com

2015-07-22